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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA
AV. TÚPAC AMARU 210 - RIMAC / LIMA 25 – PERÚ TELEFONO: 381-1712
TRABAJO DE TURBOMAQUINAS
CURSO: Turbomaquinas MN - 232
TEMA: Turbina Pelton
ALUMNOS: Pari Mamani ,Jose 20111340I Germán Andreé Pascual Segovia 20101257A
Arellan Cerna Williams Roger 20111377JSuaña Hancco Ronald 20102086FCordova Felix Diaz Wen Fox 20100241D
PROFESOR: Ing. Espinoza Escriba ,Juan
Rímac, 31 de setiembre de 2014
TURBINA PELTON
FUNDAMENTO TEÓRICO
TURBINA PELTON:
Son conocidas también como turbinas tangenciales o de impulsión y es la
turbina hidráulica apropiada para aprovechar grandes saltos de agua y
caudales relativamente pequeños.
La turbina pelton, por la sencillez de su construcción y por razones de tipo
hidrodinámico es la que tiene la máxima eficiencia entre todos los motores
hidráulicos. Otra de sus cualidades es que permite el acoplamiento directo con
los generadores eléctricos de alta velocidad, ya que puede proyectarse para
elevadas velocidades tangenciales de rodete.
La dirección del chorro no es realmente axial ni radial si no que es casi
tangencial y de aquí el nombre de ruedas tangenciales.
La admisión del agua tiene lugar por una o más toberas o boquillas que lanzan
el agua a la rueda con cucharas que giran por este efecto de impacto del
chorro.
El elemento constructivo más importante de las turbinas pelton es la paleta en
forma de doble cuchara, en cierto modo, esta es como una doble paleta de una
turbina de acción, el cual recibe el chorro exactamente en la arista media, en
donde se divide en dos, circulando por la cavidad de la paleta en un arco de
aproximadamente 180o, contrarrestando mutuamente los empujes axiales por
cambio de dirección de los dos semichorros. El recordé dado a las paletas,
tiene por objeto permitir la colocación de las boquillas muy próximas a las
primeras de tal forma que el chorro alcance a las paletas en la dirección mas
conveniente.
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICAPágina 2
TURBINA PELTON
La variación de la cantidad de agua (caudal) para la regulación de la potencia
se consigue actualmente y casi sin excepción por medio de una aguja o punzón
de forma especial, con cuyo accionamiento se puede estrangular la sección de
la boquilla. En instalaciones más complicadas que las que nosotros vamos a
ensayar se dispone además de un deflector o desviador de chorro, y que
consiste en una superficie metálica que se introduce en medio del chorro y lo
divide, desviando una parte del agua, haciendo que esta salga de la turbina sin
producir efecto útil.
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICAPágina 3
TURBINA PELTON
Figura 5 boquilla que dispara el chorro de agua
Los rodetes para turbinas Pelton de pequeña potencia se construyen de una
sola pieza, es decir, con los alabes formando cuerpo con la rueda. Para 10
turbinas Pelton de gran potencia los alabes o cucharas se hacen desmontables
y sujetos a la rueda por medio de tornillos, de esta manera, pueden sustituirse
los alabes cuando sea necesario, sin necesidad de desmontar el rodete o
rueda.
Para el rodete se emplea acero fundido, generalmente; para los alabes mas
sometidos a los efectos de corrosión y de cavitación, se utiliza acero fundido, el
acero fundido especial o el acero inoxidable. El hierro fundido no se emplea
más que para rodetes de una sola pieza y pequeñas potencias. Finalmente, el
punzón o agua que regula el caudal del agua lanzando sobre los alabes está
fabricado, casi siempre, de acero inoxidable o de bronce, con la punta
intercambiable para poderla reponer fácilmente cuando sea preciso.
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICAPágina 4
TURBINA PELTON
EQUIPOS E INSTRUMENTOS:
1. Turbina Pelton:
- Marca: Armfield Hydraulic Engineering, England.
- Tipo: 0 Pelton MK2
- Serie: 2061 -61
- Altura: 175 pies <> 53 m
- Velocidad: 1160 RPM
- Potencia: 5 BHP
Figura 6 turbina pelton
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICAPágina 5
TURBINA PELTON
2. Motobomba:
- Motor: Newman
- Tipo: 215 DD 1881 BB NoP424701
- Potencia: 7.5 HP
- Velocidad: 3600 RPM
- Ciclos: 60
- Fases: 3 fases
- Voltaje: 220 V
- Amperaje: 19 A
- Factor de servicio: 1.15
Datos a considerar:
Dp=0.18m
β2=10 °
K=1
H=53m
P1=40Psi
d inyector=0.0167m
φ=0.98
P=5 BHP=3728.4W
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICAPágina 6
TURBINA PELTON
TRIANGULOS DE VELOCIDAD EN LA ENTRADA (1)
Se sabe por teoría que:
C1=φ√2∗g∗H
C1=0.98√2∗9.81∗53
C1=31.6019m /s
Se considera q la velocidad tangencial de entrada es aproximadamente la mitad que la velocidad absoluta de entrada, por lo tanto:
U 1=15.8010m / s
W 1=15.8010m/ s
Usamos la siguiente fórmula para hallar el número de revoluciones a la q se encuentra girando la turbina.
U 1=πDN60
15.8010=π∗0.18∗N60
N=1676.5 RPM
TRIANGULOS DE VELOCIDAD EN LA SALIDA (2)
Usaremos la siguiente relación para encontrar W 2:
K=W 2
W 1
1=W 2
13.725
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICAPágina 7
TURBINA PELTON
W 2=15.8010m /s
Ya que 1 y 2 están al mismo radio entonces:
U 1=U 2
U 2=15.8010m / s
Ahora del triángulo para hallar C2 aplicamos ley de cosenos:
C22=U 2
2+W 22−2U 2W 2 cos β2
C22=15.80102+15.80102−2∗15.8010∗15.8010∗cos 10
C2=2.7543m /s
Calculo del caudal:
Q=π∗d2∗C1
4
Q= π∗0.01672∗31.6024
Q=0.0069
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICAPágina 8
TURBINA PELTON
TRIÁNGULOS DE VELOCIDADES
RESULTADOS OBTENIDOS
ENTRADA SALIDAU1 15.8010 m/s U2 15.8010 m/sW1 15.8010 m/s W2 15.8010 m/sC1 31.6021 m/s C2 2.7543 m/s
ANGULOS DEL ROTORα1 0°
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICAPágina 9
TURBINA PELTON
β1 180°α2 116°
β2 10°
ESQUEMA DE LA CUCHARA CON LOS RESULTADOS
NUMEROS ADIMENSIONALES PARA LA TURBINA PELTON
CIFRA DE PRESION:
Ѱ=2∗g∗H
U 2
Ѱ=2∗9.81∗5315.80102
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICAPágina 10
TURBINA PELTON
Ѱ=4.1649
CIFRA DE CAUDAL:
φ= QU 2∗π4
∗D22
φ= 0.006915.8010∗π
4∗0.182
φ=¿0.0172
CIFRA DE POTENCIA:
P̂= P
ρ∗N3∗D p5
P̂= 3728.4
1000∗16763∗0.185
P̂=¿0.0000042
NUMERO ESPECÍFICO DE CAUDAL: Nq=N∗Q1 /2
H 3/4
Nq=7.1011
NUMERO ESPECÍFICO DE POTENCIA:N s=N∗P1 /2
H 5 /4
N s=26.2152
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICAPágina 11
TURBINA PELTON
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICAPágina 12
TURBINA PELTON
ALTURA DE EULER
H R∞=U 2
g(C1u−C2u)
H R∞=50.5586
DIAMETRO ESPECÍFICO:
δ=D∗H 1 /4
Q1/2
δ=5.8375
RESULTADOS OBTENIDOS
CIFRASPRESION 4.1649CAUDAL 0.0172POTENCIA 0.0042NUMEROS ESPECIFICOSNq 7.1011Ns 26.2152
COEFICIENTES DE VELOCIDADES
En la entrada (1):KC 1=C1
√2∗g∗H
KC 1=0.98
KU 1=U 1
√2∗g∗H
KU 1=0.4899
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICAPágina 13
TURBINA PELTON
KW 1=W 1
√2∗g∗H
KW 1=0.4899
KCm1=Cm1
√2∗g∗H
KCm1=0.98
En la salida (2):
KU 2=U2
√2∗g∗H
KU 2=0.4899
KW 2=W 2
√2∗g∗H
KW 2=0.4899
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICAPágina 14
TURBINA PELTON
KC 2=C2
√2∗g∗H
KC 2=0.085
KCm 2=Cm2
√2∗g∗H
KCm 2=0.07676
BIBLIOGRAFIA
Mataix, C. Máquinas hidráulicas, Ed. Alfaomega, Madrid 2000
M. Salvador G. Turbomaquinas 1, Ed. Ciencias 2006
LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICAPágina 15